PENGERTIAN HUKUM III TERMODINAMIKA

A. PENGERTIAN HUKUM III TERMODINAMIKA

Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa paramagnetikhingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah lagi dapat dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah penaikan medan magnetik semula secara isoterm, penurunan medan magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor untuk menaikan tandon kalor secara isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih sedikit dari bahan semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat menghasilkan temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akan timbul pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan zat hingga mencapai nol mutlak.

Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama berlaku juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan medan secara adiabat yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak. Perampatan dari pengalaman dapat dinyatakan sebagai berikut :

Temperatur nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang banyaknya terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau ketaktercapaian hukum ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga termodinamika adalahhasil percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa bagaimana ΔS_T  berlaku ketika T mendekati nol. ΔS_T ialah perubahan entropi sistem terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan. Percobaansangat memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔS_T  berkurang jika sistem itu zat cair atau zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:

Perubahan entropi yang berkaitan dengan proses-terbalikan-isotermis-suatu sistem-terkondensasi mendekati nol ketika temperaturnya mendekati nol.

Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut Nernst-Simon. Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang menyertai tiap proses reversibel, isotermik dari suatu sistem terkondensasi mendekati nol. Perubahan yang dinyatakan di atas dapat berupa reaksi kimia, perubahan status fisik, atau secara umum tiap perubahan yang dalam prinsip dapat dilakukan secara reversibel.

Hal ini dikenal sebagai hukun Nernst, yang secara matematika dinyatakan sebagai :

Kemudian, Pada tahun 1911, Planck membuat suatu hipotesis è Pada  suhu T à 0, bukan hanya beda entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zat padat atau cair dalam keseimbangan dakhir pada suhu nol.

Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya mendekati  0 K, perubahan entropi transisi S_tmenurun.

Persamaan diatas dikenal sebagai hukum ketiga termodinamika.
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi S_t yang berkaitan dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T = 0 K bernilai nol.

Secara intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan ionik atau molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan dan dengan demikian juga besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K. Dengan mengingat hal ini, tidak akan ada perubahan derajat ketidakteraturan dalam perubahan fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak akan ada perubahan entropi.

1. B.   APLIKASI  HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA

Hukum ketiga termodinamika memungkinkan perhitungan perhitungan entropi absolut dari zat murni pada tiap temperatur dari panas jenis dan panaa transisi. Sebagai contoh, suatu benda padat pada temperatur T, akan memeiliki entropi yang akan dinyatakan oleh :

Suatu benda cair, sebaliknya mempunyai entropi yang dinyatakan oleh :

Penerapan yang mencakup gas menjadi :

Besaran-besaran yang diperlukan untuk evaluasi numerik entropi mencakup panas jenis. Pengukuran panas jenis zat padat di sekitar titik nol absolut menunjukan bahwa :

Karena  untuk zat padat,maka Debye dan Einstein menurunkan persamaan berikut untuk panaa jenis zat pasdat :

Dimana a adalah karakteristik yang berbeda untuk setiap zat. Bila suatu zat sederhana dipanaskan pada tekanan konstan, pertambahan entropi dinyatakan oleh :

Bila persamaan tersebut di integrasikan di antara titik nol absolutdengan temperatur T dimana s =0 hasilnya adalah :

1. C.   KONSEKUENSI SELANJUTNYA DARI HUKUM TIGA TERMODINAMIKA

Konsekuensi dari hukum ketiga termodinamika dijabarkan di bawah ini.

Untuk suatu proses temperatur konstan dekat 0ºK,perubahan entropi dinyatakan oleh :

Karena  = 0 pada T = 0 dari hukumtermodinamika ketiga, persamaan menghasilkan :

Tetapi  dari persamaan Maxwell. Jadi persamaan menjadi :

Hasil diatas sesuai dengan kenyataan eksperimental. Sebagai contoh, buffington dan Latimer menemukan bahwa koefisien ekspansi dari beberapa zat padat kristalin mendekati nol.

Konsekuensi terakhir dari hukum ketiga termodinamika adalah tidak dapat diperolehnya titik nol absolut. Ditinjau suatu bidang penelitian pada temperatur rendah, kenyataan eksperimental menunjukan bahwa temperatur yang di peroleh oleh tiap proses demagenetisasi adaibatik dari temperatur awalnya adalah setengah temperatur awal proses bersangkutan. Jadi makin rendah temperatur yang dicapai, makin kurang kemungkinannya untuk didinginkan lebih rendah.

Dengan kata lain diperlukan proses demagnetisasi adiabatik yag tak terbatas jumlahnya untuk mencapai titik nol absolut.